光栅的特性研究.ppt
大学物理实验,光栅常数的测量汞灯光谱分析,实验简介,实验原理,实验目的,实验内容,仪器及调整,实验数据,预习题,思考题,衍射光栅是利用光的衍射原理使光波发生色散的光学元件。以衍射光栅为色散元件组成摄谱仪或单色仪是物质光谱分析的基本仪器之一，在研究谱线结构，特征谱线的波长和强度；特别是在研究物质结构和对元素作定性与定量的分析中有极其广泛的应用。分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如波长，折射率等都可以直接或间接地表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长，折射率等，此外还能精确的测量光学平面间的夹角。许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度仪、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。使用分光计时必须经过一系列精细的调整。分光计的调整方法对一般光学仪器的调整也有一定的通用性，因此学习分光计的调整方法也是使用光学仪器的一种基本训练。,实验简介,实验目的,1 熟悉分光计的调整和应用；2了解光栅分光的特点;3学会用光栅测定光栅常数的方法。,实验原理,光栅-是一排密集、均匀而又平行的狭缝。,衍射光栅(透射光栅),机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕,刻过的地方不透光，未刻地方透光。,全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。,光栅常数:d,透光缝宽度 a,不透光缝宽度 b,二、光栅衍射,根据波动光学理论，当单色平行光垂直照射在光栅面上时，将产生夫琅和费衍射现象，产生明条纹的条件为 dsink=k k=0,1,2,d-光栅常数 k-第级衍射角-入射光波长 K-明纹的级次。,如果用会聚透镜将衍射后的平行光会聚起来,透镜后焦面上将出现一系列亮线-谱线.在=0的方向上可以观察到零级谱线,其他级数的谱线对称分布在零级两侧,如果已知光栅常数d，用分光计测出k级谱线对应的衍射角k，则可求出该谱线对应的入射光波长;若已知入射光的波长,则反过来可求光栅常数d。,仪器及调整,分光计一台光源(汞灯)一个平面反射镜一块衍射光栅一块.,分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器。分光计是光学实验的基本仪器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。,分光计介绍,分光计,平面反射镜,低压汞灯,衍射光栅,1.分光计的调节,测量前应调节分光计，达到：望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。待测光学元件的表面与中心转轴平行。,实验内容,1)目视粗调,载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例,2)用自准直法将望远镜调焦到无穷远,观察不到反射像的原因,目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模糊。（转动目镜调节鼓轮）望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺钉，前后移动目镜筒）平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。,3)调节望远镜光轴与中心转轴垂直,载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节,4)调节平行光管,平行光管由狭缝和准直透镜组成。,V1,V2,V3,二、调节光栅,平行光垂直照射光栅表面：调节V1、V3使光栅反射回来的叉丝像和叉丝重合光栅刻痕与仪器转轴、狭缝平行：转动望远镜观察零级谱线两侧的一级或二级谱线，调节V2并稍微旋转狭缝，使两侧谱线均与叉丝的中心横线垂直，并上下对称,读数方法,刻度盘分为360,最小刻度为半度(30），小于半度则利用游标读数。游标上刻有30小格，与刻度盘上29个小分格等长，故刻度盘上1小格与游标上1小格之差为1，因此该游标的分度值为1。,1.数据记录自拟数据记录表格。测出以汞灯为光源，k=1某一色光的衍射角，代入式（1）求d,要求测6次。,实验数据,2.数据处理自拟数据处理表格。求解d，并用不确定度表示测量结果。,表1：透射光栅常数的测量,实验数据（汞灯光谱分析）,1数据记录自拟数据记录表格。测出汞灯各谱线的k=1、2的衍射角，计算各谱线波长及百分误差。,表2：汞灯光谱的研究,注意事项,1 分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。2 光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，注意轻拿轻放，以免弄脏或损坏。3 在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。4 测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。5在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。,预习题,1.用 测d应保证什么条件？实验时这些条件是怎样保证的？2.按图5的放法放置光栅有什么好处？,图5 光栅放置在载物平台上,思考题,1.如果光栅平面和转轴平行，但刻缝和转轴不平行，那么整个光谱有什么异常？对测量结果有无影响？2.三棱镜的分辨本领R=b，b是三棱镜底边边长，一般三棱镜为1000/cm，问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨本领？3.仍用本实验的分光计，但换一个刻痕数更多的光栅（光栅常数相同），能否提高分辨本领，从而分辨开精细的谱线？,
